臂式下肢運動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及康復(fù)醫(yī)療器械，特別涉及一種臂式下肢運動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，具體是一種新型多自由度機(jī)械臂智能提拉式下肢運動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。適用于腦卒中或外傷等導(dǎo)致的下肢運動功能障礙康復(fù)訓(xùn)練。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國老齡化社會問題的日益加劇，因腦卒中造成腦血管和神經(jīng)系統(tǒng)疾病所導(dǎo)致的下肢運動功能障礙患者日益增多。同時，因交通、工傷或老年人跌倒等意外傷害導(dǎo)致下肢運動功能障礙人數(shù)也很龐大。傳統(tǒng)下肢康復(fù)訓(xùn)練方法會使理療師承受巨大的工作負(fù)擔(dān)，而且往往效率低、不規(guī)范，易給患者帶來二次傷害。為使康復(fù)治療更加科學(xué)化、規(guī)范化并減輕理療師的工作負(fù)擔(dān)，研宄更加方便、智能的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人具有重要意義。
[0003]目前，下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人主要分為基于懸吊裝置的減重式結(jié)構(gòu)和基于外骨骼支撐帶動的穿戴式結(jié)構(gòu)。在國外研宄方面，Mobility Research公司開發(fā)的Lite Gait，由懸吊減重系統(tǒng)和四輪移動支架兩部分組成，可用于患者坐站過程的平衡訓(xùn)練。德國弗朗霍費爾研宄所基于吊線木偶原理，研制了一種繩驅(qū)動式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人String man，由自動減重繩驅(qū)動機(jī)構(gòu)和姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)兩部分組成，共六個自由度。日本研制了一種旋轉(zhuǎn)式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，采用回轉(zhuǎn)臂與患者的軀干連接減輕部分體重，實現(xiàn)圓周路線行走。國內(nèi)在該方面的研宄起步較晚，關(guān)于輔助訓(xùn)練機(jī)械機(jī)構(gòu)的研宄成果較多，但關(guān)于康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研宄成果相對較少。哈爾濱工程大學(xué)研制的一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，該機(jī)器人由三自由度步態(tài)機(jī)構(gòu)、姿態(tài)機(jī)構(gòu)和重心平衡機(jī)構(gòu)等組成。清華大學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人GRTS已做了大量臨床實驗，取得了一些患者的臨床數(shù)據(jù)，起到了良好效果。
[0004]現(xiàn)有康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)往往只能適用于下肢運動康復(fù)訓(xùn)練的某個階段，功能單一。減重懸吊式機(jī)構(gòu)僅適用于已有平衡能力的患者，對康復(fù)早期的患者未給予足夠重視，而科學(xué)證明在患病初、中期進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于患病后期。并且懸吊式結(jié)構(gòu)訓(xùn)練站起過程，人體重心運動軌跡并不能完全按照健康人體站起過程的曲線軌跡進(jìn)行，從而導(dǎo)致訓(xùn)練過程肌群的功能恢復(fù)偏離健康人體的肌肉功能，而且系統(tǒng)體積龐大，對于復(fù)雜的臨床情況適應(yīng)性差，難以推廣。外骨骼訓(xùn)練機(jī)器人往往需要將患者下肢固定在外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)上，使其處于被動的拖動式運動訓(xùn)練，往往易使患者產(chǎn)生恐懼感。
[0005]因此，如何提供一種多自由度的、多功能的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，適合不同患者在下肢康復(fù)運動訓(xùn)練各階段使用，并且在站起康復(fù)訓(xùn)練階段，能使患者更加準(zhǔn)確的按照健康人體肌肉施力狀態(tài)和骨骼康復(fù)特性的站起軌跡進(jìn)行站起訓(xùn)練，是亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于提供一種臂式下肢運動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，對患者臥床、從臥到坐、從坐到站、站起后步行等康復(fù)過程中各階段提供提拉保護(hù)式的運動訓(xùn)練，以解決現(xiàn)有下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人對患者的康復(fù)訓(xùn)練階段適用性少和適應(yīng)性差、整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能實現(xiàn)按照健康人體站起軌跡曲線進(jìn)行站起訓(xùn)練的問題。
[0007]本實用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]臂式下肢運動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，包括固定底座、旋轉(zhuǎn)底盤8、機(jī)械臂、人體柔性固連終端、銷鎖平衡腳踏9和控制系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)底盤8、銷鎖平衡腳踏9分別安裝在固定底座上，所述機(jī)械臂一端與旋轉(zhuǎn)底盤8相連，另一端與人體柔性固連終端15相連。
[0009]所述的固定底座由井字框架11和自鎖腳輪10組成，四個自鎖腳輪10安裝在井字框架11四角位置，保證康復(fù)機(jī)器人整體的穩(wěn)定性；井字框架11呈梯形，在站起訓(xùn)練階段，患者在較寬端的區(qū)域內(nèi)背向機(jī)械臂落座，保證了復(fù)訓(xùn)練患者有足夠的訓(xùn)練空間；較窄端為機(jī)械臂安裝位置。
[0010]所述的旋轉(zhuǎn)底盤8由上圓盤扣蓋801、下圓盤托座803和回轉(zhuǎn)支承軸承802組成，所述上圓盤扣蓋801通過螺栓E805與回轉(zhuǎn)支承軸承802的內(nèi)環(huán)固定，下圓盤托座803通過螺栓D804與回轉(zhuǎn)支承軸承802的外環(huán)固定；組裝后的旋轉(zhuǎn)底盤8再通過下圓盤托座803上的螺栓A12與固定底座固連。
[0011]所述的機(jī)械臂包括上機(jī)械臂1、下機(jī)械臂3、半圓扶手5、第一伺服電動缸14、第二伺服電動缸19和可更換吊臂18，所述上機(jī)械臂I是向下彎曲的矩形截面管梁，這樣可以給第二伺服電動缸19提供較大的運動空間，以使整個系統(tǒng)適合更多不同身高的康復(fù)訓(xùn)練者使用。上機(jī)械臂I和下機(jī)械臂3通過第一銷軸2鉸接；第二伺服電動缸19的兩端分別通過第六銷軸21和第二銷軸4與上機(jī)械臂I和下機(jī)械臂3鉸接，提供上機(jī)械臂I與下機(jī)械臂3之間在矢狀面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力；半圓扶手5固定于下機(jī)械臂3，當(dāng)輔助訓(xùn)練人員操作機(jī)械臂繞豎直軸向轉(zhuǎn)動時，為其提供扶握施力位置。半圓扶手5通過內(nèi)部三根輻射支撐細(xì)管與下機(jī)械臂3三點固定，以防止其受扭轉(zhuǎn)力時與機(jī)械臂發(fā)生轉(zhuǎn)動失固。半圓弧形設(shè)計，能保證輔助訓(xùn)練人員在弧上各個握點方便舒適地抓握，并都能以最大力臂獲得大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動。下機(jī)械臂3與旋轉(zhuǎn)底盤8的上圓盤扣蓋801通過第四銷軸7鉸接；第一伺服電動缸14的兩端通過第三銷軸6和第五銷軸13分別與下機(jī)械臂3和旋轉(zhuǎn)底盤8的上圓盤扣蓋801鉸接，提供下機(jī)械臂3與旋轉(zhuǎn)圓盤的上圓盤扣蓋801之間在矢狀面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力；可更換吊臂18通過螺栓C20與上機(jī)械臂I固定連接。
[0012]所述的可更換吊臂18為U型吊臂或傘式吊臂，可根據(jù)不同工況需要更換不同的吊臂結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在不同康復(fù)階段的多功能化應(yīng)用。
[0013]所述的人體柔性固連終端是指在不同康復(fù)訓(xùn)練階段與患者身體直接接觸并施力的設(shè)備，分為穿戴式連體束衣15或懸吊式承運束兜22，所述穿戴式連體束衣15包括兩個上吊帶15-1、胸帶15-2、腰帶15-3、兩個下吊帶15-4和四個卡扣15_5 ;患者在訓(xùn)練初、中期行動不便，所以設(shè)計了四個卡扣方便訓(xùn)練患者穿戴使用。左側(cè)的下吊帶15-4繞過左胯下后，在身前通過卡扣15-5與腰帶15-3連接；右側(cè)的下吊帶15-4繞過右胯下后，在身前通過卡扣15-5與腰帶15-3連接；身前的胸帶15-2與腰帶15_3分別通過卡扣連接；該穿戴式連體束衣15通過拉力傳感器16、螺栓B17與U型吊臂連接配合使用，主要應(yīng)用于患者在從臥到坐起、從坐到站起和站起后步態(tài)訓(xùn)練的康復(fù)階段。兩條下吊帶15-4繞過胯下后通過卡扣與腰帶15-3連接，使得該戴式連體束衣15-A在上提過程中可最大程度的承載患者體重。所述懸吊式承運束兜22由一塊長方形滌綸布和其四角的繩帶組成，與傘式吊臂配合使用，在康復(fù)早期患者無自我活動能力時，將束兜至于臥床患者身下緩慢吊起后，通過輔助訓(xùn)練者操作轉(zhuǎn)動機(jī)械臂，對臥床患者進(jìn)行移動。
[0014]所述的銷鎖平衡腳踏9是由彈簧902、柔性鋼繩907、第一檔板901、第二檔板908、踏板906、兩個連桿905、鎖銷903和外殼904組成，為了安裝和限制彈簧902位置，第一檔901板焊接于外殼904內(nèi)，踏板906和第二檔板908通過穿過外殼904的兩個連桿905固定連接；當(dāng)踏板906被踏下時，第二檔板908與外殼904內(nèi)面接觸，力通過柔性鋼繩907轉(zhuǎn)向后傳遞給鎖銷903，鎖銷903收回，旋轉(zhuǎn)底盤處于開鎖狀態(tài)，下圓盤托座803和上圓盤扣蓋801可以通過內(nèi)部回轉(zhuǎn)支撐軸承802帶動自由旋轉(zhuǎn)，此時通過輔助訓(xùn)練人員操作，實現(xiàn)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)掉頭，用于轉(zhuǎn)移臥床患者。當(dāng)腳離開踏板906時，受到彈簧902彈力作用，踏板906上提，鎖銷903伸出，當(dāng)下圓盤托座803和上圓盤扣蓋801對位后，卡死旋轉(zhuǎn)圓盤，使機(jī)械臂處于矢狀面內(nèi)正前方向位置，處于穩(wěn)定狀態(tài)用于坐起訓(xùn)練和步態(tài)訓(xùn)練階段。
[0015]所述的臂式下肢運動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的整體尺寸為1700mmX 100mmX 2000mm。
[0016]本實用新型的有益效果在于:一、對患者臥床、從臥到坐、從坐到站、站起后步行等康復(fù)過程中各階段提供提拉保護(hù)式的運動訓(xùn)練。二、